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使激光器功率最大化

時(shí)間：2018-02-05 作者：科學(xué)網(wǎng) 閱讀：3968

在上世紀(jì)60年代發(fā)明出來(lái)的激光器利用諸如閃光燈等外部“泵”激發(fā)雷射材料——通常是氣體、晶體或者半導(dǎo)體——原子內(nèi)的電子。當(dāng)其中一個(gè)被激發(fā)的電子回到初始狀態(tài)，便會(huì)釋放光子。這反過(guò)來(lái)刺激另一個(gè)電子釋放光子，以此類推。
由于功率等于能量除以時(shí)間，因此使功率最大化主要有兩種方法：要么增強(qiáng)激光器的能量，要么縮短脈沖的持續(xù)時(shí)間。上世紀(jì)70年代，勞倫斯利物莫國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員聚焦的是增強(qiáng)激光器能量的方法。他們的做法是讓光束通過(guò)另外的由釹摻雜玻璃制成的激光晶體。不過(guò)，超過(guò)一定強(qiáng)度的光束會(huì)破壞放大器。為避免這一問(wèn)題，LLNL不得不讓放大器變得更大——直徑達(dá)到幾十厘米。但在1983年，如今在法國(guó)巴黎綜合理工學(xué)院工作的Gerard Mourou和同事取得突破。他意識(shí)到，較短的激光脈沖可通過(guò)衍射光柵被及時(shí)擴(kuò)展，從而減少其強(qiáng)度。在被安全地放大到更高能級(jí)后，光線可被另一個(gè)光柵再次壓縮。最終的結(jié)果是：更加強(qiáng)大的脈沖和毫發(fā)無(wú)損的放大器。
這種“啁啾脈沖放大”已成為大功率激光器的基本特征。1996年，它使得LLNL研究人員利用激光器產(chǎn)生了世界上首個(gè)PW級(jí)脈沖。自此以后，LLNL一直在追尋更高能級(jí)，以實(shí)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)核聚變。在一次將微型氫膠囊加熱至熔化溫度的努力中，該實(shí)驗(yàn)室下屬國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）創(chuàng)建了擁有1.8兆焦能量的脈沖。不過(guò)，這些脈沖相對(duì)較長(zhǎng)，并且仍然只能產(chǎn)生1PW功率。

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